淺談無(wú)人機(jī)在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用及展望

黃蘭先

中圖分類(lèi)號(hào)：S771.52文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI： 10.19415/j.cnkl.1673-890x.2021.08.064

林業(yè)調(diào)查工作具有強(qiáng)度大、難度高的特點(diǎn)，為進(jìn)一步摸排林業(yè)信息，實(shí)現(xiàn)林業(yè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控目標(biāo)，加強(qiáng)無(wú)人機(jī)技術(shù)在林業(yè)調(diào)查中的普及應(yīng)用意義重大，未來(lái)還將伴隨森林資源高度數(shù)字信息化目標(biāo)的逐步實(shí)現(xiàn)而讓相關(guān)技術(shù)在更多領(lǐng)域有所應(yīng)用，在現(xiàn)有條件下研究無(wú)人機(jī)在林業(yè)調(diào)查中的飛行與使用情況，將有助于取得良好成果。

1無(wú)人機(jī)調(diào)查具備的特點(diǎn)

1.1無(wú)人機(jī)可適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境

使用無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)戶(hù)外林場(chǎng)地理信息測(cè)繪，既可以滿(mǎn)足林業(yè)調(diào)查需要.又可以得到較準(zhǔn)確的測(cè)繪結(jié)果。另外，無(wú)人機(jī)飛行軌跡具有良好可控性，即根據(jù)使用者需求合理設(shè)置飛行路線。惡劣天氣條件下，因無(wú)人機(jī)機(jī)身具有防水性與防干擾性，可確保無(wú)人機(jī)的飛行過(guò)程趨于穩(wěn)定，無(wú)人機(jī)軟件系統(tǒng)還具有實(shí)時(shí)更新性，在地理信息更新頻率較快的環(huán)境下可選取最佳路徑飛行[1]。

1.2無(wú)人機(jī)可實(shí)時(shí)處理采集數(shù)據(jù)

無(wú)人機(jī)可對(duì)采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳處理，與以往線下采集信息相比，信息更新效率顯著提升。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部相當(dāng)于一臺(tái)計(jì)算機(jī)在實(shí)時(shí)計(jì)算處理數(shù)據(jù)，不但做到了精準(zhǔn)識(shí)別地理環(huán)境，在測(cè)繪地理信息期間也將有效提升無(wú)人機(jī)自身性能，因拍攝圖像成本偏低，可根據(jù)使用需要存儲(chǔ)海量圖片，并將采集結(jié)果整理到資源庫(kù)內(nèi)方便內(nèi)業(yè)加工數(shù)據(jù)。

1.3無(wú)人機(jī)內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高精度處理

無(wú)人機(jī)確定飛行路線后，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)高精度處理，有效提升采集點(diǎn)位坐標(biāo)與矢量圖像匹配性，還可根據(jù)需要完善數(shù)據(jù)采集方案，對(duì)已采集數(shù)據(jù)高精度加密處理，促使內(nèi)部信息資源庫(kù)更新的同時(shí)，逐漸實(shí)現(xiàn)預(yù)期數(shù)據(jù)深度加工與制作目標(biāo)，并根據(jù)數(shù)據(jù)制作需求得到高精確度采集結(jié)果，大幅提升測(cè)繪效果。

1.4無(wú)人機(jī)操作系統(tǒng)簡(jiǎn)單易學(xué)

近年來(lái)，無(wú)人機(jī)之所以得到普及，不但因?yàn)槠渚哂兄T多同類(lèi)產(chǎn)品不曾擁有的優(yōu)點(diǎn)，還因其已逐漸成為主流測(cè)繪方式，無(wú)人機(jī)用戶(hù)界面友好、內(nèi)部鑲嵌人工智能處理器，可與云端實(shí)時(shí)對(duì)接信息，相關(guān)操作步驟與線下測(cè)繪仿生還原度高，對(duì)采集測(cè)繪經(jīng)驗(yàn)尚淺的人群而言，使用無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)入門(mén)過(guò)程將有助于了解測(cè)繪步驟。

1.5無(wú)人機(jī)可同時(shí)執(zhí)行多線程任務(wù)

根據(jù)使用者需要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能時(shí)，無(wú)人機(jī)可同時(shí)執(zhí)行多線程任務(wù)。當(dāng)無(wú)人機(jī)接收使用者相關(guān)請(qǐng)求時(shí)，在較快的運(yùn)算速度下，無(wú)人機(jī)不但可保障復(fù)雜功能的同步實(shí)現(xiàn)，而且可確保不同線程的程序運(yùn)行互不干擾，即使同時(shí)處理多個(gè)復(fù)雜任務(wù)，也可勝任計(jì)算要求，并達(dá)到預(yù)期計(jì)算目標(biāo)與效果。

2無(wú)人機(jī)在林業(yè)調(diào)查應(yīng)用中存在的問(wèn)題

2.1技術(shù)人員對(duì)無(wú)人機(jī)的操作能力有待提升

由于對(duì)無(wú)人機(jī)使用人員不存在較多限制，只需精通無(wú)人機(jī)操作步驟即可達(dá)到預(yù)期采集與數(shù)據(jù)效果，因此可操控?zé)o人機(jī)運(yùn)行人員組成具有復(fù)雜特點(diǎn)。在實(shí)時(shí)操控?zé)o人機(jī)時(shí)，不但要根據(jù)需要完成無(wú)人機(jī)的軌跡控制，而且要確保飛行軌跡與預(yù)期路線一致性高，但對(duì)部分對(duì)無(wú)人機(jī)使用與操控技術(shù)掌握程度不嫻熟的人群而言，則可能直接致使無(wú)人機(jī)損毀或數(shù)據(jù)采集精確性低，因此在實(shí)際測(cè)繪時(shí)，需保證操作人員技術(shù)達(dá)到對(duì)應(yīng)要求。

2.2無(wú)人機(jī)測(cè)繪調(diào)查應(yīng)用技術(shù)尚不成熟

無(wú)人機(jī)測(cè)繪與調(diào)查應(yīng)用技術(shù)雖在近午來(lái)得到飛速發(fā)展，但部分廠商生產(chǎn)的無(wú)人機(jī)暫達(dá)不到測(cè)繪對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，未來(lái)還需根據(jù)實(shí)際使用情況，利用技術(shù)手段完成無(wú)人機(jī)升級(jí)，使之與無(wú)人機(jī)飛行技術(shù)高度匹配。林場(chǎng)方面應(yīng)建立對(duì)應(yīng)專(zhuān)業(yè)測(cè)繪隊(duì)伍，確保在飛行測(cè)繪技術(shù)得到升級(jí)的同時(shí)，進(jìn)一步提升采集質(zhì)量。

2.3無(wú)人機(jī)設(shè)備昂貴，飛行中途易受管控

無(wú)人機(jī)小巧輕便，但需注意的是設(shè)備造價(jià)普遍偏高，且設(shè)備線下售后網(wǎng)點(diǎn)提供服務(wù)較為有限，各地對(duì)無(wú)人機(jī)飛行使用規(guī)定不盡相同，若不遵守相關(guān)法律規(guī)定，則需接受對(duì)應(yīng)處罰。目前，利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行作業(yè)成本較高昂，若設(shè)備在運(yùn)行期間突然墜毀則可能與操控者失去聯(lián)系，因此應(yīng)嚴(yán)格按照無(wú)人機(jī)使用規(guī)范與當(dāng)?shù)毓芸貤l例飛行無(wú)人機(jī)，以確保無(wú)人機(jī)飛行中途不受干擾[2]。

2.4無(wú)人機(jī)軌跡路徑對(duì)實(shí)際調(diào)查結(jié)果影響較大

無(wú)人機(jī)飛行路徑與軌跡一般由操控方精密規(guī)劃，若運(yùn)動(dòng)軌跡并非最小路徑，不但影響調(diào)查效率，還可能對(duì)調(diào)查結(jié)果產(chǎn)生一定干擾。因此，在使用無(wú)人機(jī)規(guī)劃路徑時(shí)，要確保路徑具有合理性與最優(yōu)性，應(yīng)根據(jù)無(wú)人機(jī)外業(yè)得出結(jié)果測(cè)繪對(duì)應(yīng)區(qū)域圖像，若無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡不受控制，則最終測(cè)繪結(jié)果將無(wú)法有效反映真實(shí)區(qū)域地理信息。

3無(wú)人機(jī)在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用

3.1有效預(yù)防森林火災(zāi)

因林場(chǎng)內(nèi)監(jiān)控布局密度不如城市道路，受地區(qū)氣候條件影響發(fā)生森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高，易被破壞。無(wú)人機(jī)具備靈敏性，在預(yù)防森林火災(zāi)時(shí)加以應(yīng)用可對(duì)明顯火區(qū)追蹤與監(jiān)控，無(wú)人機(jī)內(nèi)部傳感器具備煙感特性，當(dāng)測(cè)繪區(qū)域內(nèi)有明顯濃煙時(shí)，可將預(yù)警信息實(shí)時(shí)上傳，有助于降低林區(qū)的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。

3.2科學(xué)防治林業(yè)病蟲(chóng)害

病蟲(chóng)害嚴(yán)重影響植物生長(zhǎng)，采取必要干預(yù)途徑將有助于降低病蟲(chóng)害發(fā)生概率，與其他成本較高的防治技術(shù)相比，使用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)捕獲最新影像后，可通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控方法對(duì)可疑區(qū)域多次拍攝圖像，分析對(duì)應(yīng)植物受損情況，也可使用無(wú)人機(jī)噴灑設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)病蟲(chóng)害的有效防治。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部可精準(zhǔn)識(shí)別具體植物名稱(chēng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人自動(dòng)化處理。

3.3多種技術(shù)結(jié)合調(diào)查林業(yè)資源

因林場(chǎng)區(qū)域內(nèi)存在多種植物，若進(jìn)行線下形式調(diào)查，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，往往還因人工作業(yè)成本偏高，難以取得理想效果，致使相關(guān)研究數(shù)據(jù)不易有效更新。自然界植物生長(zhǎng)規(guī)律具備研究特點(diǎn)，使用無(wú)人機(jī)飛行，對(duì)采集區(qū)域拍照取樣，有助于得到具有說(shuō)服力的采集結(jié)果，可提升工作效率，降低人工成本的同時(shí)確保林業(yè)調(diào)查中的人身安全。

3.4調(diào)查生態(tài)濕地地理資源

濕地是我國(guó)少有的一種地形，保護(hù)濕地資源是維護(hù)生態(tài)平衡的有力舉措。隨著無(wú)人機(jī)算法不斷優(yōu)化，其可將某地區(qū)植被與占地面積比例進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，利用遙感測(cè)繪技術(shù)實(shí)現(xiàn)預(yù)期復(fù)雜功能，跨區(qū)域生成對(duì)應(yīng)圖像的同時(shí)，利用無(wú)人機(jī)采集數(shù)據(jù)分辨率較高的優(yōu)勢(shì)，測(cè)繪較精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，并可在無(wú)需人為干預(yù)前提下，生成個(gè)性化濕地資源保護(hù)方案[3]。

3.5采集復(fù)雜地形地理信息

近年來(lái)，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用范圍日益提升，選配功能各異的傳感器可有效提升采集結(jié)果與預(yù)期研究?jī)?nèi)容的吻合度。以往在采集不規(guī)則地形地理信息時(shí)，因不易建立空間坐標(biāo)，測(cè)繪誤差在所難免，而目前在無(wú)人機(jī)相關(guān)攝影技術(shù)不斷優(yōu)化的基礎(chǔ)上，可根據(jù)使用者需要提供不同功能，提升采集精度與質(zhì)量。

4未來(lái)無(wú)人機(jī)在林業(yè)調(diào)查中的展望

4.1采集精度進(jìn)一步提升

未來(lái)隨著無(wú)人機(jī)設(shè)備分辨率的提升，采集精度還將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上得到進(jìn)一步提升與優(yōu)化，不但標(biāo)志著無(wú)人機(jī)拍攝技術(shù)的逐漸成熟，對(duì)測(cè)繪領(lǐng)域還具有劃時(shí)代的意義[4]。梳理地理信息資源庫(kù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，若對(duì)應(yīng)圖像分辨率越高，則拍攝效果越清晰，可使外業(yè)采集量顯著減少，降低不必要的人工采集成本，達(dá)到預(yù)期采集效果。

4.2數(shù)據(jù)處理軟件算法得到深度優(yōu)化

在使用地理信息軟件實(shí)現(xiàn)圖像與地理坐標(biāo)匹配過(guò)程中，軟件對(duì)應(yīng)的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理能力將決定外業(yè)采集結(jié)果能否被清晰呈現(xiàn)，在無(wú)人機(jī)固件不斷升級(jí)優(yōu)化的同時(shí)，數(shù)據(jù)處理軟件的算法也將日趨成熟，還可利用相關(guān)幾何與物理學(xué)知識(shí)，不斷優(yōu)化內(nèi)部圖形計(jì)算模型，用近似思想優(yōu)化相關(guān)算法，進(jìn)而讓數(shù)據(jù)呈現(xiàn)效果更理想，有助于科學(xué)評(píng)估地區(qū)林業(yè)自然資源。

4.3設(shè)備兼容性有所提高

在無(wú)人機(jī)支持功能不斷拓展的同時(shí)，為應(yīng)對(duì)不同場(chǎng)景采集需求，搭載不同傳感器的采集設(shè)備將先后橫空出世，既標(biāo)志著設(shè)備兼容性的不斷提升，又可讓航拍技術(shù)凸顯成熟特點(diǎn)。在采集技術(shù)成熟的背景下，對(duì)外業(yè)與內(nèi)業(yè)測(cè)繪結(jié)果的質(zhì)量要求也逐漸提升，進(jìn)而在趨于成熟的圖像處理體系模式下，未來(lái)還將繼續(xù)優(yōu)化用戶(hù)體驗(yàn)，提升設(shè)備兼容性[5]。

4.4對(duì)復(fù)雜地形的矢量坐標(biāo)繪圖更便利

著相關(guān)地形不在無(wú)人機(jī)內(nèi)部支持的測(cè)繪場(chǎng)景內(nèi)，測(cè)繪難度將可想而知，為此建立復(fù)雜地形的矢量坐標(biāo)，將會(huì)讓繪圖便捷性得到顯著提升。此方法類(lèi)似于將不規(guī)則圖像近似看作規(guī)則化圖形，在圖像預(yù)處理階段即可通過(guò)圖形畸變校正方法建立復(fù)雜模型與對(duì)應(yīng)坐標(biāo)，不但方便內(nèi)業(yè)者測(cè)繪地理信息，而且可使地理坐標(biāo)拾取過(guò)程更容易。

4.5有效降低測(cè)繪誤差

對(duì)林區(qū)地理信息的測(cè)繪在內(nèi)業(yè)與外業(yè)相互配合的環(huán)境下完成，雖然人工外業(yè)采集成本得到了顯著降低，但因地理信息數(shù)據(jù)處理步驟復(fù)雜，存在機(jī)器或人為誤差生成率，若測(cè)繪結(jié)果存在較明顯誤差，還將嚴(yán)重影響最終測(cè)繪結(jié)果。隨著無(wú)人機(jī)自身拍攝測(cè)繪錯(cuò)誤率的降低，采集誤差將逐漸可控，并使圖像傳輸時(shí)間逐漸壓縮，提升采集體驗(yàn)。

5結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)在林業(yè)地理信息測(cè)繪領(lǐng)域多有應(yīng)用，伴隨技術(shù)升級(jí)與測(cè)繪精度提升，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用范圍還將進(jìn)一步擴(kuò)充，在多重功能傳感器加持下，無(wú)人機(jī)測(cè)繪效果將得到有效保證，今后還需以精益求精的態(tài)度測(cè)得準(zhǔn)確采集結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：趙中正）